Воздушные линии

Значительный объем добываемого природного газа транспортируется по трубопроводам. Данный способ транспорта газа требует значительных энергозатрат для электропитания потребителей линейной части магистральных трубопроводов, проходящих большей частью в необжитых или малонаселенных районах.

Наши авторы, представляющие подразделения и дочерние общества ПАО «Газпром», делятся опытом строительства и эксплуатации вдольтрассовых ВЛ с применением защищенных проводов и секционирующих блочно-модульных устройств высокой заводской готовности.

ВЛ ДЛЯ ЛИНЕЙНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ
Особенности проектирования и эксплуатации

Сергей Петров, к.т.н., начальник отдела унификации Управления экспертизы Департамента ПАО «Газпром»
Сергей Дышлевич, заместитель начальника электротехнического отдела Управления главного энергетика ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» ПАО «Газпром»
г. Санкт-Петербург

На объектах газовой и нефтяной промышленности РФ для доставки из удаленных мест добычи углеводородов в районы потребления и переработки широко применяются трубо- проводы магистрального транспорта газа и продуктопроводы (далее – магистральные газопроводы – МГ). В настоящее время линейная часть (ЛЧ) газотранспортной системы, как правило, включает в себя:

• изолированную стальную трубу МГ диаметром Ду до 1400 мм;
• крановые площадки для управления режимами МГ;
• узлы приёма-запуска внутритрубных устройств МГ;
• устройства электрохимической защиты;
• устройства телемеханики для удаленного мониторинга и управления;
• узлы радиорелейных линий связи;
• системы электропитания;
• жилые дома линейных обходчиков с инфраструктурой.

Перечисленные объекты ЛЧ, предназначенные для обеспечения функционирования основного и вспомогательного технологического оборудования и жилищно-коммунального сектора выступают потребителями электрической энергии.

Питание потребителей электроэнергией возможно обеспечить двумя способами:

• технологическим присоединением ВЛ к сетям электросетевых предприятий;
• применением локальных источников в виде электростанций собственных нужд (ЭСН).

Необходимо отметить относительную дороговизну и сложность технологического присоединения. Кроме того, не всегда можно достичь требуемой надежности электропитания при использовании внешних сетевых объектов.

Применение ЭСН не всегда оправдано для решения задач электропитания с точки зрения экономической эффективности инвестиций, учитывая последующие дорогостоящие специализированные регламентные работы и капитальные ремонты.

Следует учитывать и особенности регламента выполнения необходимых работ, не предусматривающего, как правило, адресного выделения целевых средств для обеспечения восстановительного ремонта, в первую очередь приводных газопоршневых и газотурбинных двигателей. Ввиду сложности и дороговизны подобных работ, это может усложнить эксплуатацию агрегатов ЭСН или к избирательному периодическому использованию электростанций с учетом назначенного заводского ресурса в первую очередь приводных устройств.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЛ

Учитывая вышеизложенное, при проектировании электропитания объектов ЛЧ МГ, в ПАО «Газпром» широкое применение нашли технологические воздушные линии электропередачи с защищенными проводами, например типа СИП-3 (далее – ВЛЗ), располагающиеся вдоль трассы МГ, как унифицированное проектное решение электропитания потребителей ЛЧ МГ. Применение защищенного провода со значительной диэлектрической прочностью изоляции (40 кВ на пробой), с сопутствующими опорами и сцепной арматурой позволяет эксплуатировать протяженную ВЛЗ со сниженным негативным влиянием периодически возникающих коротких замыканий при ветровых воздействиях (схлестывании проводов, набросах ветвей и т. д.), падении деревьев, жизнедеятельности птиц и др. При этом сооружения потребителей ЛЧ МГ располагаются, как правило, в защитной полосе отвода (охранной зоне) в непосредственной близости от оси МГ.

ВЛЗ запитываются обычно от распределительных устройств компрессорных станций, при реализации технологического присоединения – от распределительных устройств электросетевых предприятий. В местах подключения к источникам электроснабжения для защиты от повреждений на ВЛЗ применяется соответствующая аппаратура РЗА, снижающая степень влияния протяженной линии на источники питания и автоматически обеспечивающая требуемую категорию питания потребителей ЛЧ.

Учитывая значительную протяженность ВЛЗ, для локализации возможных мест повреждений и обеспечения типового проектного решения, подтвержденного практикой эксплуатации, применяются секционирующие устройства (автоматические пункты секционирования – АПС). Они обычно предусматриваются проектом через каждые 20–30 км в зависимости от условий прохождения ВЛЗ и параметров качества потенциальных источников электрического питания.

Как правило, устройства секционирования – это блочно-модульные устройства высокой заводской готовности типа БКЭС, решающие необходимые задачи коммутации участков ВЛЗ и обеспечивающие сохранение требуемой категории надежности электропитания для ЛЧ в различных режимах работы, в т.ч. при авариях на выделяемых автоматикой участках воздушной линии.

Структура БКЭС позволяет наряду с коммутационными задачами решать вопросы электроснабжения и потребителей ЛЧ МГ, и самого модуля с учетом наличия встроенной ТП и систем СН. В целях обеспечения оперативного электропитания нагрузок БКЭС предусмотрена система постоянного (переменного) тока с аккумуляторными батареями и автоматизированной дизельной электростанцией.

Состав защит блочного устройства позволяет автоматически формировать необходимую и возможную диспетчерскую схему электропитания, избирательно и направленно локализовать повреждения на ВЛЗ, что дает возможность, учитывая двустороннее питание вдольтрассовых линий, обеспечивать требуемую категорию надежности электропитания потребителей ЛЧ.

Дочерним обществом ПАО «Газпром» – газотранспортным предприятием ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» – накоплен значительный опыт создания систем электроснабжения ЛЧ МГ на базе ВЛЗ-10(6) кВ с оптимальными техническими и организационными решениями. Предприятие участвовало в проектировании и последующей эксплуатации таких объектов, как газопроводы «Ленинград – Выборг – Госграница», «Ямал – Европа», Северо-Европейский газопровод и др.

Анализ полученной статистической информации по имеющимся нарушениям нормальной работы ВЛЗ позволяет сделать некоторые выводы.

Особенности трассы

Серьезное влияние на принимаемые технические решения в ходе проектирования и на последующие безаварийность и надежность функционирования ВЛЗ, обслуживающей МГ, оказывают географические и климатические условия прохождения трассы линии. Традиционно ВЛ строится в зоне отвода земли вдоль МГ для функционального обеспечения решения технологических задач объектов ЛЧ, поэтому трассу ВЛЗ, как правило, формирует (диктует) трасса МГ, часто располагающаяся в лесных массивах. Из-за особенностей традиционной технологии создания просеки в лесах для строительства газопровода и сопутствующей ВЛЗ (зачастую с помощью сплошной валки деревьев в лесном массиве ковшом бульдозера), кажущиеся удобство и оперативность создания коридора ВЛ приводят к массовым неконтролируемым повреждениям корней растений, находящихся на кромке новой просеки. Расположение данных деревьев по отношению к ветровому напору в прорезаемой просеке в лесном массиве (формируется аналог аэродинамической трубы) вызывает критичные ветровые воздействия на ослабленную работой дорожно-строительной техники корневую систему крайних деревьев.

Необходимо отметить наличие серьезной проблемы с обеспечением устойчивости линии и всех ее элементов в условиях повышенных ветровых нагрузок в приведенных случаях. Систематические падения деревьев на провода ВЛЗ вызывают аварийные режимы в работе системы электроснабжения ЛЧ, особенно в начальный период эксплуатации линии. Данные нарушения на регулярной основе повторяются вплоть до естественного укрепления со временем поврежденных корневых систем или вырубки эксплуатационным персоналом угрожающих деревьев в последующие периоды. Снижение подобных негативных воздействий на построенные вдольтрассовые линии электропередачи, по итогам наблюдений за характером повреждений в ходе текущих эксплуатационных осмотров и ремонтов, происходит, как правило, не ранее чем через 3–5 лет после ввода ВЛЗ в эксплуатацию.

Конструкция линии

Необходимо учитывать также специфику конструкции ВЛЗ, формируемую применяемыми опорами, траверсами, изоляторами, устройствами ограничения перенапряжений (ОПН) и др. Так, по наблюдениям оперативно-ремонтного персонала компании «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», была отмечена уязвимость ряда опор вдольтрассовых ВЛ при эксплуатации в условиях падения деревьев, расположенных в крайних зонах новой лесной просеки коридора МГ. При падении высоких массивных деревьев на защищенные провода не всегда правильно работают спиральные вязки для крепления «скользкого» провода к изолятору, дозированно фиксирующие провод в нормальных условиях (данные узлы крепления разработаны для возможного граничного проскальзывания провода у изолятора при ударе провода деревом), не допуская его разрыва или разрушения изоляторов при условии сохранения нормируемой геометрии всех элементов комплектных опор, для дальнейшего восстановления стрелы провеса провода без возможно необходимого последующего специализированного ремонта.

Обслуживающим персоналом были зафиксированы многочисленные случаи повреждений с нарушением требуемой геометрии как самих опор, так и их металлических траверс. В случае их поломки или сверхдопустимого изгиба, в условиях ограниченного наличия технологических вдольтрассовых проездов и довольно низкого качества сложившихся подъездных дорог в просеках данных лесных угодий, формировались аварийные ситуации, сложно и длительно устраняемые. Было отмечено, что штыревые изоляторы траверс комплектных опор, например ШФ-20ГО, хуже работают в случае необходимости проскальзывания защищенного провода при ударе падающего дерева, чем ШФ-20УО, специально более подготовленные для укладки защищенных проводов и обеспечения возможности проскальзывания провода. Также сложилось спорное мнение о целесообразности крепления к изоляторам защищенных и изолированных проводов не на каждой промежуточной опоре, а с шагом 3–4 опоры для возможности «выборки» стрел провеса с восстановлением геометрии ВЛЗ при падении деревьев в одном из пролетов и сдергивании провода со штатных мест расположения.

Отмечаем, что установка опор ВЛЗ, как промежуточных, так и анкерных, в условиях заболоченной местности, с жесткой заделкой в трубе с использованием технологии «свая–труба», приводит при падении высоких и массивных деревьев к слому или критичным трещинам в опоре. Оперативная замена поврежденной опоры в полевых условиях эксплуатационным персоналом с применением специализированной техники в условиях отсутствия «регулярных» подъездных дорог – задача не быстрая и не дешевая.

Также исходя из опыта эксплуатационных мероприятий можно отметить наличие сложностей в проведении ремонтных работ с установкой переносных заземляющих устройств (ПЗ) на защищенный провод.

Для сохранения изоляции проводов ВЛЗ и восстановления ее диэлектрической прочности необходимо производить восстановление изоляции после снятия ПЗ при завершении работ. Нужно отметить, что при падении деревьев также происходит смещение креплений разрядников, например типа РДИП.

По итогам эксплуатации принято решение располагать РДИП-10 в шахматном порядке на одной из фаз каждой опоры (по проекту разрядники устанавливались по 3 шт. – по количеству проводов фаз на каждой опоре). При прохождении ВЛЗ в лесном массиве можно не устанавливать защиту от дуги при атмосферных перенапряжениях, если высота деревьев превышает высоту опор. Разрядники оптимально устанавливать на открытой и пересечённой местности. На опорах с разъединителями рационально устанавливать нелинейные ОПН сразу на 3 фазы. Также можно устанавливать ОПН на опорах с шагом 1 км, что позволит крепить переносные заземления к данным опорам без повреждения изоляции провода. В электросетевых организациях ПАО «Россети» уже на проектной стадии предусматривают установку специализированных зажимов для штатного подключения ПЗ при производстве техобслуживания и ремонтных работ.

Силовые трансформаторы

Дополняет практику эксплуатации ЛЧ МГ информация о проблемах с обеспечением прогнозируемой надежности функционирования силовых трансформаторов с сухой изоляцией обмоток на мачтовых трансформаторных подстанциях ЛЧ МГ, в т.ч. и ТП БКЭС. Зафиксирована хроническая неустойчивость сухих трансформаторов к переходным процессам, возникающим при ОЗЗ. Происходит пробой изоляции, при этом наличие ОПН на конструкциях ВЛЗ данную проблему не снимает. Потому на ЛЧ МГ предпочтительно применение традиционных масляных трансформаторов.

Мониторинг и диагностика

При проектировании протяженных ВЛЗ для сокращения времени определения места повреждения и его устранения, необходимо предусматривать установку специализированных комплектов аппаратуры мониторинга и диагностики высоковольтных линий 6(10) кВ, что позволяет дистанционно, в режиме реального времени, определять место и вид неисправности ВЛ и, как следствие, сокращать перерывы в подаче электроэнергии потребителям.

Защита птиц

Необходимо коснуться вопроса защиты птиц от поражения током. Статистические материалы, полученные эксплуатационным персоналом компании «Газпром трансгаз Санкт-Петербург», свидетельствуют, что случаи поражения пернатых током из-за перекрытия ими изоляционного промежутка в конструкции комплектных опор фиксируются, но не в массовом порядке. В связи с этим дорогостоящие устройства защиты птиц рекомендовано применять избирательно, на основе расчетов, в том числе с данными орнитологов и географическими показателями.

ВЫВОДЫ

Учитывая изложенное выше, при правильной организации работы по сбору информации об отказах и авариях всех элементов ВЛ, особенно в начальный период эксплуатации, нарабатывается необходимая статистическая информация. Такие материалы, при их достаточности и достоверности, позволят выполнить качественный анализ и выявить узкие места в строительстве и последующей эксплуатации ВЛ для определения корректирующих действий, затрагивающих вопросы:

• сбора исходных данных;
• правильных и своевременных проектных решений;
• корректного отбора применяемого типа оборудования и материалов;
• регламента и рекомендуемых технологий выполнения строительно-монтажных и пусконаладочных работ;
• способа эксплуатации и оснащенности эксплуатационного персонала;
• регламента текущей эксплуатации, ремонтов, техперевооружений;
• планирования и обеспечения ремонтно-эксплуатационных и производственно-эксплуатационных нужд.

Это позволит найти оптимальные организационные и технические решения для достижения требуемой экономической эффективности при проектировании систем электроснабжения инвестиционных объектов с обеспечением требований промышленной безопасности и требуемой надежности электроснабжения. Рациональный подход к проектированию, практика строительства и последующая надежная и безаварийная эксплуатация систем электроснабжения ЛЧ МГ на базе вдольтрассовых ВЛ с защищенными проводами позволят в дальнейшем, на основе полученной положительной информации, сформировать Альбомы унифицированных проектных решений, обеспечивающих качественное и надежное электроснабжение ЛЧ при реализации инвестиционных программ нефтяной и газовой промышленности.